DE19722165C1 - Zündsystem zur Rekombination von Wasserstoff in einem Gasgemisch und Sicherheitsbehälter einer kerntechnischen Anlage - Google Patents
Zündsystem zur Rekombination von Wasserstoff in einem Gasgemisch und Sicherheitsbehälter einer kerntechnischen AnlageInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Zündsystem mit einer An
zahl von Funkenzündern zur Rekombination von Wasserstoff in
einem Gasgemisch. Sie betrifft weiter einen Sicherheitsbehäl
ter einer kerntechnischen Anlage mit einem derartigen Zündsy
stem.
In einer kerntechnischen Anlage, insbesondere in einem Kern
kraftwerk, muß bei Stör- oder Unfallsituationen, bei denen
beispielsweise aufgrund von Kernaufheizung eine Oxidation von
Zirkonium auftreten kann, mit der Bildung und Freisetzung von
Wasserstoffgas und Kohlenmonoxid innerhalb des den Reaktor
kern umschließenden Sicherheitsbehälters oder Containments
gerechnet werden. Insbesondere nach einem Kühlmittelverlust
störfall können dabei große Mengen an Wasserstoff freigesetzt
werden. Dadurch können innerhalb des Containments explosive
Gasgemische entstehen. Ohne Gegenmaßnahme ist dabei die An
reicherung von Wasserstoff in der Containment-Atmosphäre so
weit möglich, daß bei einer zufälligen Zündung durch die Ver
brennung einer größeren Menge an Wasserstoff die Integrität
des Sicherheitsbehälters gefährdet sein könnte.
Zur Verhinderung der Bildung derartiger explosiver Gasgemi
sche im Containment eines Kernkraftwerks werden verschiedene
Einrichtungen oder Verfahren diskutiert. Hierzu gehören bei
spielsweise Einrichtungen wie katalytische Rekombinatoren,
katalytisch und/oder elektrisch betriebene Zündeinrichtungen
oder die Kombination der beiden vorgenannten Einrichtungen
sowie Verfahren einer permanenten Inertisierung des Contain
ments.
Beim Einsatz eines Zündsystems zur Beseitigung des Wasser
stoffs aus der Atmosphäre des Containments soll eine zuver
lässige Rekombination des Wasserstoff mit Sauerstoff mittels
einer kontrollierten Verbrennung erreicht werden. Dabei soll
ein signifikanter Druckaufbau als Folge einer virulenten Was
serstoffverbrennung sicher vermieden werden. Ein derartiges
Zündsystem ist dabei üblicherweise derart ausgelegt, daß auch
an der oberen Zündgrenze eines Gasgemisches, also bei einem
Gasgemisch mit vergleichsweise hoher Wasserstoffkonzentra
tion, eine zuverlässige Zündung des Wasserstoffs gewährlei
stet ist.
Aus der EP 596 964 B1 ist ein kombi
niertes Katalysator-Zündsystem zur Rekombination von Wasser
stoff in einem Gasgemisch bekannt. Bei diesem System wird bei
der katalytischen Rekombination von Wasserstoff die an einem Ka
talysatorkörper gewonnene Wärme einer Zündvorrichtung zuge
leitet und dort zur Zündung von Wasserstoff verwendet. Bei
einem derartigen kombinierten Katalysator-Zündsystem tritt
die Zündung des Wasserstoffs jedoch erst nach dem Ablauf ei
ner Zündverzugszeit nach der Freisetzung des Wasserstoffs
ein. Nach der ersten Freisetzung des Wasserstoffs ist nämlich
eine gewisse Zeit erforderlich, bis sich der Katalysatorkör
per hinreichend erwärmt hat, um eine Zündung des Wasserstoffs
zu ermöglichen. Diese Zeitverzögerung führt dazu, daß bei
schnellen Gasverschiebevorgängen innerhalb des Containments
die Zündung des Wasserstoffs erst bei vergleichsweise hohen
Wasserstoffkonzentrationen einsetzt.
Ein aus der EP 289 907 B1 bekanntes
Zündsystem zur gesteuerten Zündung eines Wasserstoff enthal
tenden Gasgemisches umfaßt einen Funkenzünder, der über einen
integrierten Energiespeicher bespeisbar ist. Das Zündsystem
ist dabei mit einem autark ausgelegten Energiespeicher verse
hen, so daß keine Zuleitungen erforderlich sind. Als Energie
speicher ist dabei insbesondere eine Trockenbatterie vorgese
hen. Allerdings ist dieses Zündsystem aufgrund der Kapazität
des integrierten Energiespeichers lediglich für eine begrenz
te Laufzeit geeignet. Insbesondere bei einer frühzeitigen An
regung des Funkenzünders ist bei einem Störverlauf mit späte
rer Wasserstofffreisetzung eine gesteuerte Zündung des Was
serstoffs nur eingeschränkt möglich. Zudem reagiert dieses
Zündsystem ebenfalls erst nach Ablauf einer Zündverzugszeit
auf die Freisetzung von Wasserstoff. Auch ist ein Langzeitbe
trieb des Zündsystems, der zur Abdeckung aller denkbaren
Störfallszenarien erforderlich wäre, nur mit Einschränkungen
möglich. Weiterhin ist eine vorsorgliche Anregung des Zündsy
stems bereits im Vorfeld eines sich anbahnenden Störfalles
von einer externen Station, wie beispielsweise der Leitwarte
einer Kraftwerksanlage, aus nicht möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zündsystem mit
einer Anzahl von Funkenzündern zur Rekombination von Wasser
stoff in einem Gasgemisch, insbesondere für die Containment-
Atmosphäre einer kerntechnischen Anlage, anzugeben, mit dem
auch bei vergleichsweise schnellen Gasverschiebevorgängen
eine zuverlässige Zündung eines zündfähigen Gasgemischs ge
währleistet ist. Zudem soll ein gegen die Bildung eines ex
plosiven Gasgemisches besonders abgesicherter Sicherheitsbe
hälter einer kerntechnischen Anlage angegeben werden.
Diese Aufgabe wird für ein Zündsystem der obengenannten Art
erfindungsgemäß gelöst, indem jeder Funkenzünder als Schnell
taktzünder mit einer Betriebsfrequenz von mehr als etwa 10 Hz
ausgebildet ist.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß für eine
zuverlässige Zündung des Gasgemisches auch bei schnellen Gas
verschiebevorgängen eine direkte Zündung des an dem oder je
dem Funkenzünder vorbeiströmenden Gasgemisches auch bei einer
Strömungsgeschwindigkeit von mehr als etwa 10 m/s gewährlei
stet sein sollte. Für eine zuverlässige Direktzündung eines
mit einer derartig hohen Strömungsgeschwindigkeit strömenden
Gasgemisches sind die Funkenzünder als Schnelltaktzünder mit
einer entsprechend hohen Betriebsfrequenz ausgelegt. Durch
das Schnelltakten wird weiterhin das umliegende Gasgemisch
stark vorionisiert, so daß die Zündwahrscheinlichkeit steigt
und somit eine zuverlässige Zündung bereits direkt nach Über
schreiten der unteren Zündgrenze des Gasgemisches sicherge
stellt ist. Die Verbrennungslasten sind dabei im Vergleich zu
einer späteren Zündung deutlich geringer.
In vorteilhafter Ausgestaltung sind die Funkenzünder dabei
als Niederenergiezünder mit einer Betriebsleistung von weni
ger als 10 W ausgebildet.
Somit ist eine zuverlässige Energieversorgung der Funkenzün
der mit besonders einfachen Mitteln realisierbar. Dabei kön
nen insbesondere Energieversorgungskabel mit besonders gerin
gem Kabelquerschnitt vorgesehen sein. Die für diese Kabel er
forderlichen Durchführungen durch den Sicherheitsbehälter der
Kraftwerksanlage können somit entsprechend klein dimensio
niert sein.
Um eine zuverlässige Zündung eines zündfähigen Gasgemisches
sowohl beim kurzzeitigen Ausfall externer Aggregate als auch
bei besonders langer Laufzeit des Zündsystems zu gewährlei
sten, sind die Funkenzünder vorteilhafterweise zur Energie
versorgung gruppenweise zusammengeschaltet, wobei jeweils
eine Gruppe von Funkenzündern an einen ihnen gemeinsamen
Energiezwischenspeicher angeschlossen ist und die
Energiezwischenspeicher ihrerseits an eine zentrale Energieversorgungs
einheit angeschlossen sind. An jedem Energiezwischenspeicher
kann dabei beispielsweise jeweils eine Gruppe von etwa 10 bis
20 Funkenzündern angeschlossen sein. Alternativ können aber
auch sämtliche Funkenzünder an einen einzigen Energiezwi
schenspeicher angeschlossen sein.
Bei einem derartigen, zweistufig aufgebauten Energieversor
gungssystem ist die Unabhängigkeit der Energieversorgung der
Funkenzünder von externen Aggregaten zumindest für eine Über
gangszeit durch die Energiezwischenspeicher sichergestellt.
Andererseits ist das Zündsystem aber auch für eine besonders
lange Betriebszeit von beispielsweise mehr als 5 Tagen geeig
net, da die Energiezwischenspeicher über die zentrale Ener
gieversorgung wieder aufladbar sind. Bei einem derartigen
Energieversorgungssystem können die Energiezwischenspeicher
auch lediglich beim Ausfall der zentralen Energieversorgung
aktiviert sein, so daß die Verfügbarkeitsdauer der Energie
zwischenspeicher besonders lang ist. Die zentrale Energiever
sorgung kann beispielsweise als Batterieanlage, als Notstrom
dieselnetz oder als ein separates Stromaggregat ausgebildet
sein.
Als Energiezwischenspeicher können dabei Trockenbatterien
vorgesehen sein. Zweckmäßigerweise sind die Energiezwischen
speicher jedoch als Niedervoltakkumulatoren ausgebildet. Das
zweistufige Energieversorgungssystem erlaubt beispielsweise
auch eine vorsorgliche Auslösung des Zündsystems bereits bei
vergleichsweise geringen Wasserstoffkonzentrationen, ohne daß
die Betriebszeit des Zündsystems bei einem lang anhaltenden
Störfall eingeschränkt wäre. Insbesondere im Hinblick auf
hohe Sicherheitsanforderungen bei der Vermeidung der Bildung
explosiver Gasgemische im Containment einer kerntechnischen
Anlage ist das Zündsystem somit besonders flexibel einsetz
bar.
Für ein besonders zuverlässiges Ansprechen des Zündsystems
auf eine beginnende Freisetzung von Wasserstoff umfaßt jeder
Energiezwischenspeicher zweckmäßigerweise einen Selbstauslö
ser, der als Sensor für freigesetzten Wasserstoff einen kata
lytisch beschichteten Temperaturgeber und/oder einen inte
grierten Druckschalter aufweist. Mit anderen Worten: Zweckmä
ßigerweise sind die Auslöser für die Funkenzünder nicht in
den Funkenzündern selbst, sondern vielmehr in den Energiezwi
schenspeichern angeordnet. Die Funkenzünder können somit in
besonders kompakter Bauweise ausgeführt sein. Somit wird ein
besonders effektiver Schutz der Funkenzünder auch gegen ex
terne Temperatur- und Strahlungseinflüsse mit einfachen Mit
teln ermöglicht. Insbesondere bei redundanter Ausbildung der
Wasserstoffsensoren ist dabei eine frühzeitige und zuverläs
sige Früherkennung der Bildung von Wasserstoff gewährleistet.
Für einen besonders zuverlässigen Betrieb des Zündsystems
auch bei verschiedenartigen Störfallszenarien sind zweckmäßi
gerweise für dessen wesentliche Komponenten Kühlvorrichtungen
vorgesehen, die das Überschreiten zulässiger Maximaltempera
turen für die jeweiligen Komponenten sicher verhindern. Dazu
weist zweckmäßigerweise jeder Energiezwischenspeicher eine
Kühleinheit auf, mittels derer seine Betriebstemperatur bei
verschiedenartigen Störfallszenarien sicher unterhalb von
etwa 140°C, vorzugsweise 100°C, gehalten werden kann. Ein mit
einer derartigen Kühleinheit versehener Energiezwischenspei
cher ist auch innerhalb des Sicherheitsbehälters einer kern
technischen Anlage anbringbar. Die Übertragungsmittel zur Be
speisung der an den jeweiligen Energiezwischenspeicher ange
schlossenen Funkenzünder mit Zündenergie können somit mit be
sonders kurzen Übertragungswegen ausgeführt sein. Die
Hochtemperaturfestigkeit des Zündsystems kann dabei durch ei
nen weiteren Temperaturschutz mittels einer zusätzlichen Iso
lierung, mittels verlängerter Elektroden sowie durch die Ver
wendung von Metallmantelkabeln mit mineralischer Isolierung
weiter verbessert werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist das Gehäuse jedes Funken
zünders für eine besonders gute Kühlung des Funkenzünders
auch bei erhöhter Temperatur- oder Strahlenbelastung ausge
bildet. Dazu umfaßt das Gehäuse jedes Funkenzünders zweckmä
ßigerweise einen Isoliermantel. Dabei kann in der Art einer
Doppelmantelausführung ein Luftspalt oder eine Vakuumisolie
rung oder auch ein temperatur- und strahlenbeständiger Iso
lierstoff vorgesehen sein. Jeder Funkenzünder weist dabei
vorteilhafterweise zudem ein als Strahlenschutz für seine
Zündelektronik ausgebildetes Innengehäuse auf.
Weiterhin ist jeder Funkenzünder zweckmäßigerweise mit einer
integrierten Wärmesenke ausgerüstet, mittels der die zur
Zündungsauslösung vorgesehene Hochfrequenzelektronik des Fun
kenzünders auch bei variierender Temperatur- oder Strahlenbe
lastung wie beispielsweise in einer Hochtemperatursituation
bei stehender Flamme auf einer Temperatur unterhalb von
etwa 150°C haltbar ist. Als integrierte Wärmesenke eignet
sich dabei besonders ein im jeweiligen Funkenzünder vorgese
henes Wasserbad, bei dem das Wasser bei eintretender Erwär
mung verdampft und durch die Verdampfungskälte die Zündelek
tronik des Funkenzünders kühlt. Eine derartig ausgebildete
Wärmesenke arbeitet autark und unabhängig von externen Aggre
gaten, so daß ein besonders zuverlässiger Betrieb der jewei
ligen Funkenzünder gewährleistet ist. Somit ist sicherge
stellt, daß die als Schnelltaktzünder ausgelegten Funkenzün
der auch unter extremen Störfallbedingungen einfach und si
cher einsetzbar sind.
Für eine besonders zuverlässige Langzeittemperaturbegrenzung
seiner Zündelektronik weist jeder Funkenzünder dabei vorteil
hafterweise jeweils eine mit einem Sicherheitsventil absperr
bare Ablaßleitung für ein Kühlmittel auf. Aus jedem Funken
zünder ist somit Kühlmittel, beispielsweise verdampftes Was
ser des als Wärmesenke vorgesehenen Wasserbades derart dosiert
abführbar, daß eine zuverlässige Kühlung durch Verdampfung
des Kühlmittels auch über lange Zeiträume gewährleistet ist.
Bezüglich des Sicherheitsbehälters einer kerntechnischen An
lage wird die genannte Aufgabe gelöst, indem in dessen Innen
raum eine Anzahl von Funkenzündern eines in der obengenannten
Art ausgeführten Zündsystems angeordnet sind. Durch die An
ordnung von als Schnelltaktzünder mit einer Betriebsfrequenz
von mehr als 10 Hz ausgebildeten Funkenzündern im Innenraum
des Sicherheitsbehälters ist eine zuverlässige frühzeitige
Beseitigung sich bildenden Wasserstoffs aus der Atmosphäre
des Sicherheitsbehälters gewährleistet.
Zweckmäßigerweise sind dabei sowohl eine Anzahl von Funken
zündern sowie die diesen zugeordneten Energiezwischenspeicher
innerhalb des Innenraums des Sicherheitsbehälters angeordnet.
Für eine besonders flexible und zuverlässige Rekombination
sich bildenden Wasserstoffs können dabei zusätzlich zu den
Funkenzündern noch weitere Rekombinationsvorrichtungen, bei
spielsweise katalytische Rekombinatoren, eingesetzt sein.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesonde
re darin, daß durch die Auslegung der Funkenzünder als
Schnelltaktzünder mit einer Betriebsfrequenz von mehr als
etwa 10 Hz auch bei schnellen Gasverschiebevorgängen eine zu
verlässige und frühzeitige Zündung eines zündfähigen Gasgemi
sches gewährleistet ist. Durch die starke Vorionisierung des
Gasgemisches im Bereich der Elektroden des Funkenzünders auf
grund der hohen Taktfrequenz ist zudem die Zündwahrschein
lichkeit des Gasgemisches besonders hoch. Eine zuverlässige
frühzeitige Zündung ist somit auch in wenig bewegter Atmo
sphäre sichergestellt. Durch die zweistufig ausgebildete
Energieversorgung des Zündsystems ist zudem einerseits ein
vorübergehend autarker, von externen Quellen unabhängiger Be
trieb des Zündsystems möglich, wobei andererseits die volle
Funktionsfähigkeit des Zündsystems auch bei langer Betriebs
dauer gewährleistet ist. Insbesondere bei einer Energiever
sorgung der Funkenzünder über die zentrale externe Energie
versorgungseinheit kann das Zündsystem auch vorsorglich be
reits bei besonders geringen Wasserstoffkonzentrationen aus
gelöst werden. Zudem ermöglicht die Auslagerung der Auslöser
für die Funkenzünder und der Energieversorgung für die Fun
kenzünder in die Energiezwischenspeicher eine besonders kom
pakte Bauweise der Funkenzünder. Die Funkenzünder sind somit
örtlich besonders flexibel einsetzbar, so daß das Zündsystem
besonders gut an eine erwartete räumliche Verteilung der
Freisetzung von Wasserstoff angepaßt sein kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer
Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 ein Zündsystem zur Rekombination von Wasserstoff in
einem Gasgemisch, und
Fig. 2 einen Funkenzünder des Zündsystems aus Fig. 1.
Gleiche Teile sind in beiden Figuren mit dem gleichen Bezugs
zeichen versehen.
Das Zündsystem 1 gemäß Fig. 1 ist zur Rekombination von Was
serstoff in einem Gasgemisch, nämlich in der Containment-At
mosphäre eines in Fig. 1 auszugsweise dargestellten Sicher
heitsbehälters 2 einer kerntechnischen Anlage, vorgesehen.
Das Zündsystem 1 umfaßt dazu eine Anzahl von innerhalb des
Sicherheitsbehälters 2 an einer Innenwand 3 angeordneten Fun
kenzündern 4, von denen jeder zur bedarfsweisen Erzeugung von
Zündfunken zur kontrollierten Verbrennung von im Innenraum
des Sicherheitsbehälters 2 freigesetztem Wasserstoff ausge
legt ist.
Zur Versorgung mit Zündenergie sind die Funkenzünder 4 an ein
zweistufig ausgebildetes Energieversorgungssystem 6 ange
schlossen. Das Energieversorgungssystem 6 umfaßt eine Anzahl
von an eine zentrale Energieversorgungseinheit 7 angeschlos
senen Energiezwischenspeichern 8. Im Ausführungsbeispiel sind
als Energiezwischenspeicher 8 Niedervoltakkumulatoren vorge
sehen. Alternativ können die Energiezwischenspeicher 8 aber
auch als Trockenbatterien ausgebildet sein. Die Energiezwi
schenspeicher 8 sind innerhalb des Sicherheitsbehälters 2 an
einer weiteren Innenwand 9 aufgehängt.
An jeden Energiezwischenspeicher 8 ist jeweils eine Gruppe
von etwa 15 Funkenzündern 4 angeschlossen. Mit anderen Wor
ten: Die Funkenzünder 4 sind zur Energieversorgung gruppen
weise zusammengeschaltet, wobei jeweils eine Gruppe von Fun
kenzündern 4 an einen ihnen gemeinsamen Energiezwischenspei
cher 8 angeschlossen ist. Die gruppenweise Zusammenschaltung
der Funkenzünder 4 ist in Fig. 1 durch die bündelweise Dar
stellung von Energieübertragungsleitungen 10 symbolisiert.
Die Energieübertragungsleitungen 10 sind dabei in hochtempe
raturfester Ausführung als Metallmantelkabel mit Mineral
stoffisolierung ausgebildet.
Eingangsseitig sind die Energiezwischenspeicher 8 über durch
den Sicherheitsbehälter 2 geführte Versorgungsleitungen 12 an
die zentrale Energieversorgungseinheit 7 angeschlossen. Jeder
Energiezwischenspeicher 8 ist für eine Autarkiezeit von etwa
24 h ausgelegt und über die zentrale Energieversorgungsein
heit 7 nachladbar. Als Energieversorgungseinheit 7 ist im
Ausführungsbeispiel ein Notstrom-Dieselnetz vorgesehen. Al
ternativ kann aber auch eine separate Batterie oder ein ande
res Stromaggregat vorgesehen sein.
Jeder der über jeweils eine Leitung 12 an die zentrale Ener
gieversorgungseinheit 7 angeschlossenen Energiezwischenspei
cher 8 umfaßt zur Auslösung eines Zündvorgangs einen Selbst
auslöser 14 mit einem katalytisch beschichteten Temperaturge
ber 16 und mit einem integrierten Druckschalter 18. Das Zünd
system 1 ist somit für eine redundant ausgebildete selbstaus
lösende Zünderzuschaltung in Abhängigkeit vom Druck und/oder
von der Temperatur im Innenraum des Sicherheitsbehälters 2
ausgerüstet. Zusätzlich ist jeder Energiezwischenspeicher 8
über eine Signalleitung 22 an eine manuelles Auslösesystem 24
angeschlossen. Das Auslösesystem 24 kann dabei beispielsweise
Teil der Leitwarte eines Kernkraftwerks sein. Eingangsseitig
ist das Auslösesystem 24 über eine Signalleitung 26 mit einem
Wasserstoffsensor 28 verbunden. Die Energieversorgung der
Funkenzünder 4 über die ihnen jeweils vorgeschalteten Ener
giezwischenspeicher 8 kann dabei alternativ über die in die
Energiezwischenspeicher 8 jeweils integrierten Selbstauslöser
14 oder über das manuelle Auslösesystem 24 ausgelöst werden.
Weiterhin ist jeder Energiezwischenspeicher 8 mit einer inte
grierten Kühleinheit 29 als Wärmesenke ausgerüstet. Die Kühl
einheit 29 ist dabei derart ausgelegt, daß auch bei einer
Störfallsituation mit hoher Wärmefreisetzung eine Temperatur
von 100°C im Inneren des Energiezwischenspeichers 8 nicht
überschritten wird. Die Energiezwischenspeicher 8 sind somit
auch in der Ausführung als Niedervoltakkumulatoren bei einer
großen Vielzahl von Störfallszenarien sicher betreibbar.
Ein Funkenzünder 4 des Zündsystems 1 ist schematisch in Fig.
2 dargestellt. Der Funkenzünder 4 ist als Schnelltaktzünder
mit einer Betriebsfrequenz von etwa 100 Hz und als Nieder
energiezünder mit einer Betriebsleistung von etwa 5 W ausge
legt und umfaßt dazu eine Zündelektronik 30, die als wesent
liche Komponenten einen Taktgenerator, einen Hochspannungs
transistor, einen Ladekondensator sowie einen Zündtransforma
tor umfaßt. Die Zündelektronik 30 ist eingangsseitig an die
Energieversorgungsleitung 10 angeschlossen, die mit dem dem
Funkenzünder 4 zugeordneten Energiezwischenspeicher 8 verbun
den ist. Ausgangsseitig ist die Zündelektronik 30 mit einer
Funkenstrecke 32 verbunden, deren Ende 34 in einen Bereich im
Innenraum des Sicherheitsbehälters hineinragt, in dem mit ei
nem Störfall bei vermehrter Wasserstofffreisetzung zu rechnen
ist.
Der Funkenzünder 4 umfaßt ein mehrschichtig ausgebildetes Ge
häuse 36, dessen Außenmantel 38 aus einem hochtemperaturfe
sten Material, wie beispielsweise VA-Stahl oder Titan, be
steht. Innerhalb des Außenmantels 38 ist ein Isoliermantel 40
angeordnet, der im Ausführungsbeispiel in der Art einer Dop
pelmantelausführung als Luftspalt zwischen dem Außenmantel 38
und einem Innenmantel 42 ausgebildet ist. Alternativ kann für
den Isoliermantel 40 auch ein zwischen dem Außenmantel 38 und
dem Innenmantel 42 angeordneter temperatur- und strahlenbe
ständiger Isolierstoff vorgesehen sein.
Innerhalb des Gehäuses 36 ist die Zündelektronik 30 in einem
als Strahlenabschirmung ausgebildeten Innengehäuse 44 ange
ordnet. Der Zwischenraum 46 zwischen dem Innengehäuse 44 und
dem Innenmantel 42 ist in der Art eines Wasserbades bis zu
einem Pegel 48 mit Wasser W aufgefüllt, das als in den Fun
kenzünder 4 integrierte Wärmesenke dient.
Das Innengehäuse 44 ist über ein aus Isoliermaterial beste
hendes Befestigungselement 50 am Gehäuse 36 befestigt. Das
Gehäuse 36 ist auf seiner der Funkenstrecke 32 zugewandten,
mit einem Deckel 52 verschlossenen Stirnseite mit einem kera
mischen Hitzeschild 54 versehen. Der Innenraum 46 kommuni
ziert über eine mit einem Sicherheitsventil 56 absperrbare
Ablaßleitung 58 mit dem Außenraum des Gehäuses 36.
Das Gehäuse 36 ist über ein Befestigungselement 60 an der In
nenwand 3 aufgehängt. Das über das Befestigungselement 60 an
der Innenwand 3 aufgehängte Gehäuse 36 ist dabei von einem
weiteren, unmittelbar an der Innenwand angeordneten Isolier
mantel 62 umgeben.
Bei einem Störfall innerhalb des Sicherheitsbehälters 2 wird
mittels des Wasserstoffsensors 28 oder mittels der als Senso
ren vorgesehenen Temperaturgeber 16 und/oder Druckschalter
18 festgestellt, ob Wasserstoff freigesetzt wurde. Falls dies
der Fall ist, so werden manuell über die Auslöseeinheit 24
oder automatisch über die in den Energiezwischenspeichern 8
integrierten Selbstauslöser 14 die Funkenzünder 4 aktiviert.
Über die Funkenstrecke 32 jedes Funkenzünders 4 wird dabei an
ihrem Ende 34 ein Zündfunke erzeugt, der zu einer kontrol
lierten Verbrennung oder Rekombination des Wasserstoffs
führt. Aufgrund der als Schnelltaktzünder ausgebildeten Fun
kenzünder 4 mit einer Betriebsfrequenz von etwa 100 Hz ist
dabei eine zuverlässige Zündung des Wasserstoffs auch bei
vergleichsweise schnellen Gasverschiebevorgängen mit Strö
mungsgeschwindigkeiten von mehr als 10 m/s sicher gewährlei
stet. Zudem ist aufgrund der hohen Betriebsfrequenz der Fun
kenzünder 4 eine besonders starke Vorionisierung des Gasgemi
sches gewährleistet, so daß auch bei wenig bewegter Gasatmo
sphäre eine frühzeitige Zündung direkt nach Überschreiten der
Zündergruppe sichergestellt ist. Die Verbrennungslasten bei
einer Zündung sind somit besonders gering.
Das Zündsystem 1 ist für eine besonders hohe Betriebssicher
heit auch bei verschiedenartigen Störfallsituationen ausge
legt. Durch den zweistufigen Aufbau des Energieversorgungssy
stems 6 für die Funkenzünder 4 ist das Zündsystem 1 sowohl
für einen mittelfristigen autarken Betrieb als auch für einen
langfristigen Dauerbetrieb geeignet. Im mittelfristigen
Autarkbetrieb erfolgt die Energieversorgung für die Funken
zünder 4 ausschließlich über die Energiezwischenspeicher 8,
die ohne Nachspeisung von außen eine Betriebszeit von minde
stens 24 h sicherstellen. Ein zuverlässiger Betrieb des Zünd
systems 1 ist somit auch bei Ausfall externer Vorrichtungen
gewährleistet. Über die zentrale Energieversorgungseinheit 7
ist zudem auch ein sicherer Langzeitbetrieb des Zündsystems 1
gewährleistet.
Aufgrund ihres Aufbaus sind die Funkenzünder 4 für eine hohe
Betriebssicherheit auch bei verschiedenartigen Unfallszena
rien ausgelegt. Die Funktionssicherheit der jeweiligen Zünd
elektronik 30 ist dabei auch bei hohen Außentemperaturen in
folge des jeweiligen Störfalls sichergestellt. Dazu trägt ne
ben dem im Gehäuse 36 jedes Funkenzünders 4 vorgesehenen Iso
liermantel 40 besonders auch die integrierte Wärmesenke in
Form des das Innengehäuse 44 umgebenden Wassers W bei. Das
Wasser W verdampft nämlich infolge erhöhter Temperatur und
trägt somit durch seine Verdampfungskälte zur Kühlung der
Zündelektronik 30 bei. Eine besonders lange Betriebsdauer ist
dabei durch das Sicherheitsventil 56 gewährleistet. Über das
Sicherheitsventil 56 ist nämlich die Ablaßrate des verdampf
ten Wassers W aus dem Gehäuse 36 einstellbar. Auch bei be
grenztem Wasservorrat ist somit die integrierte Wärmesenke
für einen besonders langen Betriebszeitraum verfügbar.
Claims (12)
1. Zündsystem (1) mit einer Anzahl von Funkenzündern (4) zur
Rekombination von Wasserstoff in einem Gasgemisch insbesondere für die Containment-Atmos
phäre einer kerntechnischen Anlage, wobei je
der Funkenzünder (4) als Schnelltaktzünder mit einer Be
triebsfrequenz von mehr als etwa 10 Hz ausgebildet ist.
2. Zündsystem (1) nach Anspruch 1, dessen Funkenzünder (4)
als Niederenergiezünder mit einer Betriebsleistung von weni
ger als 10 W ausgebildet
sind.
3. Zündsystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Funken
zünder (4) zur Energieversorgung gruppenweise zusammenge
schaltet sind, wobei jeweils eine Gruppe von Funkenzündern
(4) an einen ihnen gemeinsamen Energiezwischenspeicher (8)
angeschlossen ist und die Energiezwischenspeicher (8)
ihrerseits an eine zentrale Energieversorgungseinheit (7) angeschlossen
sind.
4. Zündsystem (1) nach Anspruch 3, bei dem jeder Energiezwi
schenspeicher (8) einen Selbstauslöser (14) mit einem kataly
tisch beschichteten Temperaturgeber umfaßt.
5. Zündsystem (1) nach Anspruch 3 oder 4, bei dem jeder Ener
giezwischenspeicher (8) einen Selbstauslöser (14) mit einem
integrierten Druckschalter umfaßt.
6. Zündsystem (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem
jeder Energiezwischenspeicher (8) eine Kühleinheit (29) auf
weist.
7. Zündsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der
jeder Funkenzünder (4) ein als Strahlenschutz für seine Zünd
elektronik (30) ausgebildetes Innengehäuse (44) aufweist.
8. Zündsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem
jeder Funkenzünder (4) jeweils ein Gehäuse (36) mit einem
Isoliermantel (42) aufweist.
9. Zündsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem
jeder Funkenzünder (4) eine integrierte Wärmesenke aufweist.
10. Zündsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem
jeder Funkenzünder (4) jeweils an eine mit einem Sicherheits
ventil (56) absperrbare Ablaßleitung (58) für ein Kühlmittel
aufweist.
11. Sicherheitsbehälter einer kerntechnischen Anlage, in des
sen Innenraum eine Anzahl von Funkenzündern (4) eines Zündsy
stems (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 angeordnet sind.
12. Sicherheitsbehälter einer kerntechnischen Anlage, in des
sen Innenraum eine Anzahl von Funkenzündern (4) sowie die
Energiezwischenspeicher (8) eines Zündsystems (1) nach einem
der Ansprüche 3 bis 10 angeordnet sind.
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